【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及分離膜材料，揭示了一種均聚雙極離子膜及制備方法。
技術介紹
1、離子交換膜可用于制造電滲析、電除鹽、擴散滲析等裝置，用于水脫鹽及海水淡化，鹽水或化工水溶液提純及濃縮、不同價態離子分離、水離解制備酸堿等應用領域，也可以用在電解制氫、電解制堿和各類電池裝置內。其中雙極膜在電場作用下將水離解并分離氫離子和氫氧根離子，因此可用于由鹽來生產酸和堿，有較好的應用前景。
2、已知技術中多數雙極膜的制備方法是分別制備陰陽膜，再將之復合在一起。這種復合方法包括用粘結劑物理粘結和粘結劑化學交聯粘結。然而這些復合方法中陰離子膜層和陽離子膜層之間沒有化學鍵結合，長期使用會產生“鼓泡”現象，既兩種膜層的分離。另一方面已知技術中用化學交聯將兩種膜結合的化學鍵通常是在強酸堿環境中易水解的醚鍵、脂鍵或酰胺鍵。
3、美國專利4,024,043采用高密度聚乙烯膜為底襯，將苯乙烯、二乙烯苯和引發劑含浸至底襯中，引發交聯聚合得到基膜，再對基膜一面施行磺化，另一面實施氯甲基化和銨化得到雙極膜。中國專利2010102819974用同樣的方法，但是將底襯材料換成聚乙烯和乙烯與辛烯共聚物彈性體二元共混物或聚乙烯、乙烯與辛烯共聚物彈性體和丁烯橡膠三元共混物，提高了這種方法制得的膜產品的性能。這些方法中在苯乙烯、二乙烯苯被含浸至底襯內的過程中，在微觀層面存在不均勻性。原因在于底襯結構中有高結晶區和非結晶區，被涂敷液體進入非結晶區速率較快，因此在此區域含浸較高，產品膜此處相對強度較低。同時，底襯在成膜過程中存在缺陷，涂敷液在缺陷點的含浸比例更高
技術實現思路
1、本專利技術的目的是揭示一種穩定性好，更節能的雙極離子膜及其制備方法。
2、本專利技術均聚雙極離子膜包括至少一底襯和一功能膜層，所述功能膜層包括一陽離子交換膜層、一陰離子交換膜層和性能改善成分，所述一陽離子交換膜層、一陰離子交換膜層和性能改善成分通過碳-碳共價鍵交聯聚合成一體。
3、本專利技術均聚雙極離子膜制備方法包括(1)配制涂敷液a和涂敷液b，剪裁兩種底襯至同一尺寸，分別標記為底襯a和底襯b，裁剪聚酯膜，聚酯膜略大于所述底襯尺寸；(2)平鋪一層聚酯膜，(3)在聚酯膜上平鋪一層底襯a；(4)在底襯a上均勻涂敷所述涂敷液a，趕凈氣泡；(5)在涂敷了涂敷液a的底襯a之上平鋪一張底襯b，(6)在底襯b上涂敷涂敷液b，趕凈氣泡；(7)在涂敷了涂敷液b的底襯b上平鋪一張聚酯膜，(8)重復(3)-(7)多次得到涂敷堆ab；(9)將所述涂敷堆ab真空脫氣，(10)將涂敷堆ab在0.2-10mpa壓力下，65-120℃聚合12-24小時；(11)除去聚酯膜得到基膜；(12)將所述基膜浸入胺類溶液，加熱胺化6-12小時，生成陰離子交換膜層，取出清洗，得到b面功能化膜；(13)將所述b面功能化膜脫水，保護所述b面，(14)將所述b面功能化膜a面陽離子交換功能化生成陽離子交換膜層；(15)充分清洗得到本專利技術的均聚雙極離子膜。
4、所述底襯是由聚烯烴、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯經拉伸或相轉移工藝制成的微孔膜。
5、所述底襯是由各類有機聚合物纖維或無機纖維制成的網布，包括而不限于氯綸纖維、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、玻璃纖維紡織布或無紡布。
6、所述底襯是經拉伸或相轉移工藝制成的微孔膜與有機聚合物纖維或無機纖維制成的網布的復合材料，比如在聚丙烯無紡布至少一面復合了聚四氟乙烯微孔膜的復合膜。
7、所述性能改善成分是含有碳-碳雙鍵的高分子聚合物及其混合物，所述含有碳-碳雙鍵的高分子聚合物包括而不限于丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠和天然橡膠。
8、所述陽離子交換膜層是交聯共聚物a的磺化產物，所述交聯共聚物a包括而不限于苯乙烯、二苯乙烯和所述性能改善成分的交聯共聚物，甲基丙烯酸、二苯乙烯和所述性能改善成分的交聯共聚物，甲基丙烯酸酐、二苯乙烯和性能改善成分的交聯共聚物。
9、所述陽離子交換化功能化包括苯環磺化、羧酸堿中和和羧酸酐堿水解。
10、所述陰離子交換膜層是交聯共聚物b與胺類胺化反應產物，交聯共聚物b包括而不限于氯甲基苯乙烯、二苯乙烯和性能改善成分的交聯共聚物。
11、所述胺類是任何的叔胺、仲胺或伯胺及其混合物，包括而不限于三甲胺、三乙胺、二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺、吡咯、吡啶、呋喃。
12、所述涂敷液a的組成包括而不限于二乙烯苯、性能改善成分、聚合引發劑，還包括而不限于氯甲基苯乙烯、烯烴羧酸、烯烴羧酸酐。
13、所述涂敷液b是包括而不限于氯甲基苯乙烯、二苯乙烯、性能改善成分、聚合引發劑混合物。
14、所述引發劑是任何在650-120℃可以引發苯乙烯、二乙烯苯和所述性能改善成分間交聯聚合的引發化合物及其混合物，所述引發化合物包括而不限于偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化苯甲酰過氧化乙基己酸叔丁酯。
15、本專利技術網絡互穿均相雙極離子膜的有益效果是：
16、(1)本專利技術的網絡互穿均相雙極離子膜中陰離子膜層、陽離子膜層和性能改善成分通過碳-碳共價鍵結合成一體并與基膜形成亞微米級網絡互穿結構，結構穩定。
17、(2)可以通過調節性能改善成分在陰陽離子交換膜層中的比例和聚合物的交聯度來調節產品膜的選擇性、電阻率、透水率、溶脹率和柔性等等。
18、(3)已知技術中聚烯烴底襯需要經過高溫溶脹，才能使苯乙烯、二乙烯苯和聚合引發劑含浸進入底襯。然而較高的溫度和較長時間的溶脹含浸使得涂敷液變得不穩定，含浸量和含浸均勻性均難以精確控制。本專利技術通過使用微孔膜避免了基膜的溶脹過程，使得含浸過程簡單可控。避免了多余涂敷液的浪費。
19、(4)底襯優選雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜，由于其化學穩定性明顯優于聚烯烴材料，因此磺化過程不會顯著降低膜的強度。
20、(5)聚合物微孔膜的孔隙率高達80％以上，因此可以獲得極高的含浸量，并由此降低底襯的質量比，得到高性能的雙極離子膜。
21、(6)利用聚合物微孔膜的特性可以大大降低膜的厚度，因而降低成品膜的電阻，達到節能目的。
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1.均聚雙極離子膜，其特征在于包括至少一底襯和一功能膜層，所述功能膜層包括一陽離子交換膜層、一陰離子交換膜層和性能改善成分，所述一陽離子交換膜層、一陰離子交換膜層和性能改善成分通過碳-碳共價鍵交聯聚合成一體。
2.均聚雙極離子膜制備方法，其特征在于包括(1)配制涂敷液A和涂敷液B，剪裁兩種底襯至同一尺寸，分別標記為底襯A和底襯B，裁剪聚酯膜，聚酯膜略大于所述底襯尺寸；(2)平鋪一層聚酯膜，(3)在聚酯膜上平鋪一層底襯A；(4)在底襯A上均勻涂敷所述涂敷液A，趕凈氣泡；(5)在涂敷了涂敷液A的底襯A之上平鋪一張底襯B，(6)在底襯B上涂敷涂敷液B，趕凈氣泡；(7)在涂敷了涂敷液B的底襯B上平鋪一張聚酯膜，(8)重復(3)-(7)多次得到涂敷堆AB；(9)將所述涂敷堆AB真空脫氣，(10)將涂敷堆AB在0.2-10MPa壓力下，65-120℃聚合12-24小時；(11)除去聚酯膜得到基膜；(12)將所述基膜浸入胺類溶液，加熱胺化6-12小時，生成陰離子交換膜層，取出清洗，得到B面功能化膜；(13)將所述B面功能化膜脫水，保護所述B面，(14)將所述B面功能化膜A面陽離子交
3.根據權利要求1和2均聚雙極離子膜及制備方法，其特征在于所述底襯是是由聚合物通過拉伸或相轉移工藝制成的微孔膜，或由各類有機聚合物纖維或無機纖維制成的網布，或所述微孔膜與有機聚合物纖維或無機纖維制成的網布的復合材料。
4.根據權利要求1和2所述的均聚雙極離子膜及制備方法，其特征在于所述性能改善成分是含有碳-碳雙鍵的高分子聚合物及其混合物，所述含有碳-碳雙鍵的高分子聚合物包括而不限于丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠和天然橡膠。
5.根據權利要求1和2所述的均聚雙極離子膜及制備方法，其特征在于所述陽離子交換膜層是交聯共聚物A的磺化產物，所述交聯共聚物A包括而不限于苯乙烯、二苯乙烯和所述性能改善成分的交聯共聚物，甲基丙烯酸、二苯乙烯和所述性能改善成分的交聯共聚物，甲基丙烯酸酐、二苯乙烯和性能改善成分的交聯共聚物。
6.根據權利要求1和2所述的均聚雙極離子膜及制備方法，其特征在于所述陰離子交換膜層是交聯共聚物B與胺類胺化反應產物，交聯共聚物B包括而不限于氯甲基苯乙烯、二苯乙烯和性能改善成分的交聯共聚物。
7.根據權利要求2所述的均聚雙極離子膜制備方法，其特征在于所述陽離子交換化功能化包括苯環磺化、羧酸堿中和和羧酸酐堿水解。
8.根據權利要求2所述均的聚雙極離子膜制備方法，其特征在于所述胺類是任何的叔胺、仲胺或伯胺及其混合物，包括而不限于三甲胺、三乙胺、二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺、吡咯、吡啶、呋喃。
9.根據權利要求2所述均的聚雙極離子膜制備方法，其特征在于所述涂敷液A的組成包括而不限于二乙烯苯、性能改善成分、聚合引發劑，還包括而不限于氯甲基苯乙烯、烯烴羧酸、烯烴羧酸酐。
10.根據權利要求2所述的均聚雙極離子膜制備方法，其特征在于所述涂敷液B是包括而不限于氯甲基苯乙烯、二苯乙烯、性能改善成分、聚合引發劑混合物。
...【技術特征摘要】
1.均聚雙極離子膜，其特征在于包括至少一底襯和一功能膜層，所述功能膜層包括一陽離子交換膜層、一陰離子交換膜層和性能改善成分，所述一陽離子交換膜層、一陰離子交換膜層和性能改善成分通過碳-碳共價鍵交聯聚合成一體。
2.均聚雙極離子膜制備方法，其特征在于包括(1)配制涂敷液a和涂敷液b，剪裁兩種底襯至同一尺寸，分別標記為底襯a和底襯b，裁剪聚酯膜，聚酯膜略大于所述底襯尺寸；(2)平鋪一層聚酯膜，(3)在聚酯膜上平鋪一層底襯a；(4)在底襯a上均勻涂敷所述涂敷液a，趕凈氣泡；(5)在涂敷了涂敷液a的底襯a之上平鋪一張底襯b，(6)在底襯b上涂敷涂敷液b，趕凈氣泡；(7)在涂敷了涂敷液b的底襯b上平鋪一張聚酯膜，(8)重復(3)-(7)多次得到涂敷堆ab；(9)將所述涂敷堆ab真空脫氣，(10)將涂敷堆ab在0.2-10mpa壓力下，65-120℃聚合12-24小時；(11)除去聚酯膜得到基膜；(12)將所述基膜浸入胺類溶液，加熱胺化6-12小時，生成陰離子交換膜層，取出清洗，得到b面功能化膜；(13)將所述b面功能化膜脫水，保護所述b面，(14)將所述b面功能化膜a面陽離子交換功能化生成陽離子交換膜層；(15)充分清洗得到本發明的均聚雙極離子膜。
3.根據權利要求1和2均聚雙極離子膜及制備方法，其特征在于所述底襯是是由聚合物通過拉伸或相轉移工藝制成的微孔膜，或由各類有機聚合物纖維或無機纖維制成的網布，或所述微孔膜與有機聚合物纖維或無機纖維制成的網布的復合材料。
4.根據權利要求1和2所述的均聚雙極離子...
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